半固态A356铝合金的复合工艺构效关系及其协同细化的机理研究
发布时间：2021-08-03 10:17
在半固态A356铝合金的凝固过程中,添加稀土RE并以L→α-Al+RExAly共晶反应为基础,完成了复合工艺设计及其构效关系的研究,还探讨了该工艺对铝合金凝固组织协同细化的影响。依据Al-RE共晶反应的各属性特征,掌握一种保温工艺设计的新思路,并通过实验工艺一步步的优化和验证,从而确定最终复合工艺内的各组成工艺的属性及其相应的实验参数。因此,本研究的整个思维逻辑是通过工艺设计与实验验证相结合的方法,按照晶粒形核、长大的顺序,针对不同阶段选择不同属性的细化工艺,从而“对症下药”,获得有效的细化效果。设计一种新型的双重梯度（n阶）保温工艺,该工艺仅用于多元稀土细化半固态铝合金凝固组织的研究领域。合金凝固过程对应的是一个温度区段,因此将多元稀土的L→α-Al+RExAly共晶反应与该温度范围产生关联,设计一种能够优化形核基底特性,并在合金凝固温度区间内扩大稀土细化能力的新型保温工艺。按照工艺设计流程,筛选多元稀土Gd、Y、Nd、Ce,构建645℃/30 s-635℃/40 s-625℃/50 s-615℃/60 s的双重梯度（4阶）保温工艺。该工艺在稀土种类、化学反应类型方面具有可替换性,在...
【文章来源】：江西理工大学江西省
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
半固态加工技术的搅拌形式示意图
第一章绪论4图1.2二元Al-Si合金相图1.3.1影响晶粒细化的条件晶粒尺寸是影响金属材料凝固组织及力学性能的一个要素。由霍尔-佩奇公式可知，晶粒的尺寸越细小，对应材料的塑性、韧性越好，从而促进其广泛的工程应用，因此细化晶粒是合金性能得以提升的重要途径之一。晶粒的细化主要从形核与长大两个方面考虑，即所有可以促进晶粒形核的因素、所有可以抑制晶粒长大的条件、所有可以维系晶粒细化状态的工艺，均可以对晶粒产生不同程度的细化及优化效果。在实际的生产制造及科学研究中，对晶粒进行细化的工艺有很多种：(1)直接加入有效的晶粒细化剂，即向液态金属熔体中引入一定数量的具有强形核能力的晶核，包括同类粒子、异类粒子、借助化学反应或模具、工具生成的粒子等等。这些作为细化剂的粒子需要满足存活稳定性高、数密度大、与基体匹配度佳、自身物化特性优良、润湿性良好、尺寸变化范围低、分布位置广等的特性；(2)控制金属在凝固时的相关热条件，促进晶粒的形核与生长。包括降低浇铸温度，提高冷却条件，优化保温工艺等；(3)采用各种动力学方式，诸如电磁搅拌、超声波振动、机械搅拌等。其目的有三：提供额外的能量供晶粒形核以增加其数目；均匀熔体温度场，促进晶粒的形核生长；迫使熔体进行一定强度的定向流动以破碎枝晶，并使其弥散分布。在此基础上，也出现了其他各种复合型工艺以期能够达到更加卓著的细化效果。1.3.2稀土细化机理的研究素有工业黄金之称的稀土，有超过一半是应用在诸如超导，光电磁，冶金，石油化工等的研究领域。其中，稀土在冶金及材料制备上具有显著优势：可以在晶界附近通过固溶、偏聚以阻碍其迁移，从而提高合金的力学性能(合金化)；可以降低有害元素的夹杂程
第一章绪论6图1.3半固态浆料制备的过程示意图1.4.1化学类细化工艺的原理化学类细化主要通过发生化学反应并生成新物相促进晶粒形核[33-34]，从而对合金凝固组织进行细化处理。Tedman-JonesSN在钛合金凝固时加入钼、铌、钨基颗粒作为强形核剂，直接促进形成等轴晶[35]；Luo等人在过共晶铝铁合金中加入富铈稀土，可以细化硬脆的Al3Fe[36]；Xu等人发现TiB2与TiAl3具有较高的形核细化效率，因此采用Al-Ti-B中间合金可促进晶粒的细化[37]；BurasJ向铝合金(AlZn20)添加AlTi3C0.15中间合金，可增加其形核率并获得尺寸细小的凝固组织,，如图1.4所示[38]；Wang通过实验表明，MgO可作为异质基底促进晶粒形核，Ca则可以抑制其晶粒长大，所以两者能够有效的改善镁合金的晶粒细化效果[39]。因此化学类细化工艺的主要特征在于引入或生成同质、异质的各类粒子，并将其作为基底来提高晶粒的形核效率(或抑制其长大速率)，进而达到最终的细化目的。(a)25ppm、(b)50ppm、(c)100ppm、(d)400ppm图1.4x%Ti对AlZn20合金凝固组织的影响
【参考文献】：
期刊论文
[1]Effects of samarium content on microstructure and mechanical properties of Mg–0.5Zn–0.5Zr alloy[J]. Kai Guan,Fanzhi Meng,Pengfei Qin,Qiang Yang,Dongdong Zhang,Baishun Li,Wei Sun,Shuhui Lv,Yuanding Huang,Norbert Hort,Jian Meng. Journal of Materials Science & Technology. 2019(07)
[2]稀土元素Gd对Al-Si-Mg铸造合金微观组织和力学性能的影响[J]. 刘文祎,徐聪,刘茂文,肖文龙,马朝利. 材料工程. 2019(06)
[3]汽车用铸造Al-Si合金的热处理与力学性能[J]. 谢忠华,范亮. 金属热处理. 2019(03)
[4]双重梯度保温下多元稀土对A356铝合金初生相细化的影响[J]. 孙梦桐,刘政,陈志平,陈涛. 中国有色金属学报. 2019(03)
[5]微米/纳米SiC影响下非平衡凝固镁合金形核及组织细化[J]. 何文,杨伟,王祥. 中国有色金属学报. 2019(02)
[6]MgCO3、CO2、CO对AM60B合金晶粒细化的影响[J]. 刘艳,龙思远,童鑫,刘青,游国强,袁颖. 稀有金属材料与工程. 2019(01)
[7]热处理温度对半固态挤压锡青铜组织性能的影响[J]. 肖寒,段志科,李乃拥,熊迟,周荣锋,卢德宏,蒋业华. 稀有金属材料与工程. 2019(01)
[8]变形对Al-Ti-C-B晶种合金晶粒细化行为的影响机理[J]. 王芳,陆峰华,王奥,聂金凤,刘相法. 特种铸造及有色合金. 2018(08)
[9]Al-Si合金变质元素及其交互作用[J]. 张佳虹,邢书明. 材料导报. 2018(11)
[10]Sm2Fe17的价电子结构及性能研究[J]. 宋春燕,胡利光,王书桓,赵定国. 稀有金属. 2019(05)
博士论文
[1]Al-Ti-B/C中间合金及Y、Gd对AZ31镁合金晶粒尺寸和力学性能的影响[D]. 刘晓滕.大连理工大学 2017
[2]Al-Si合金半固态浆料制备技术及应用研究[D]. 梁小康.北京有色金属研究总院 2017
[3]Al2X（X=Ca,Y,Ce）金属化合物对镁合金晶粒细化、组织及力学性能的影响[D]. 姜中涛.重庆大学 2016
硕士论文
[1]半固态坯料加热过程中固—液界面的传热特性研究[D]. 程婷.南昌大学 2014
本文编号：3319445
【文章来源】：江西理工大学江西省
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
半固态加工技术的搅拌形式示意图
第一章绪论4图1.2二元Al-Si合金相图1.3.1影响晶粒细化的条件晶粒尺寸是影响金属材料凝固组织及力学性能的一个要素。由霍尔-佩奇公式可知，晶粒的尺寸越细小，对应材料的塑性、韧性越好，从而促进其广泛的工程应用，因此细化晶粒是合金性能得以提升的重要途径之一。晶粒的细化主要从形核与长大两个方面考虑，即所有可以促进晶粒形核的因素、所有可以抑制晶粒长大的条件、所有可以维系晶粒细化状态的工艺，均可以对晶粒产生不同程度的细化及优化效果。在实际的生产制造及科学研究中，对晶粒进行细化的工艺有很多种：(1)直接加入有效的晶粒细化剂，即向液态金属熔体中引入一定数量的具有强形核能力的晶核，包括同类粒子、异类粒子、借助化学反应或模具、工具生成的粒子等等。这些作为细化剂的粒子需要满足存活稳定性高、数密度大、与基体匹配度佳、自身物化特性优良、润湿性良好、尺寸变化范围低、分布位置广等的特性；(2)控制金属在凝固时的相关热条件，促进晶粒的形核与生长。包括降低浇铸温度，提高冷却条件，优化保温工艺等；(3)采用各种动力学方式，诸如电磁搅拌、超声波振动、机械搅拌等。其目的有三：提供额外的能量供晶粒形核以增加其数目；均匀熔体温度场，促进晶粒的形核生长；迫使熔体进行一定强度的定向流动以破碎枝晶，并使其弥散分布。在此基础上，也出现了其他各种复合型工艺以期能够达到更加卓著的细化效果。1.3.2稀土细化机理的研究素有工业黄金之称的稀土，有超过一半是应用在诸如超导，光电磁，冶金，石油化工等的研究领域。其中，稀土在冶金及材料制备上具有显著优势：可以在晶界附近通过固溶、偏聚以阻碍其迁移，从而提高合金的力学性能(合金化)；可以降低有害元素的夹杂程
第一章绪论6图1.3半固态浆料制备的过程示意图1.4.1化学类细化工艺的原理化学类细化主要通过发生化学反应并生成新物相促进晶粒形核[33-34]，从而对合金凝固组织进行细化处理。Tedman-JonesSN在钛合金凝固时加入钼、铌、钨基颗粒作为强形核剂，直接促进形成等轴晶[35]；Luo等人在过共晶铝铁合金中加入富铈稀土，可以细化硬脆的Al3Fe[36]；Xu等人发现TiB2与TiAl3具有较高的形核细化效率，因此采用Al-Ti-B中间合金可促进晶粒的细化[37]；BurasJ向铝合金(AlZn20)添加AlTi3C0.15中间合金，可增加其形核率并获得尺寸细小的凝固组织,，如图1.4所示[38]；Wang通过实验表明，MgO可作为异质基底促进晶粒形核，Ca则可以抑制其晶粒长大，所以两者能够有效的改善镁合金的晶粒细化效果[39]。因此化学类细化工艺的主要特征在于引入或生成同质、异质的各类粒子，并将其作为基底来提高晶粒的形核效率(或抑制其长大速率)，进而达到最终的细化目的。(a)25ppm、(b)50ppm、(c)100ppm、(d)400ppm图1.4x%Ti对AlZn20合金凝固组织的影响
【参考文献】：
期刊论文
[1]Effects of samarium content on microstructure and mechanical properties of Mg–0.5Zn–0.5Zr alloy[J]. Kai Guan,Fanzhi Meng,Pengfei Qin,Qiang Yang,Dongdong Zhang,Baishun Li,Wei Sun,Shuhui Lv,Yuanding Huang,Norbert Hort,Jian Meng. Journal of Materials Science & Technology. 2019(07)
[2]稀土元素Gd对Al-Si-Mg铸造合金微观组织和力学性能的影响[J]. 刘文祎,徐聪,刘茂文,肖文龙,马朝利. 材料工程. 2019(06)
[3]汽车用铸造Al-Si合金的热处理与力学性能[J]. 谢忠华,范亮. 金属热处理. 2019(03)
[4]双重梯度保温下多元稀土对A356铝合金初生相细化的影响[J]. 孙梦桐,刘政,陈志平,陈涛. 中国有色金属学报. 2019(03)
[5]微米/纳米SiC影响下非平衡凝固镁合金形核及组织细化[J]. 何文,杨伟,王祥. 中国有色金属学报. 2019(02)
[6]MgCO3、CO2、CO对AM60B合金晶粒细化的影响[J]. 刘艳,龙思远,童鑫,刘青,游国强,袁颖. 稀有金属材料与工程. 2019(01)
[7]热处理温度对半固态挤压锡青铜组织性能的影响[J]. 肖寒,段志科,李乃拥,熊迟,周荣锋,卢德宏,蒋业华. 稀有金属材料与工程. 2019(01)
[8]变形对Al-Ti-C-B晶种合金晶粒细化行为的影响机理[J]. 王芳,陆峰华,王奥,聂金凤,刘相法. 特种铸造及有色合金. 2018(08)
[9]Al-Si合金变质元素及其交互作用[J]. 张佳虹,邢书明. 材料导报. 2018(11)
[10]Sm2Fe17的价电子结构及性能研究[J]. 宋春燕,胡利光,王书桓,赵定国. 稀有金属. 2019(05)
博士论文
[1]Al-Ti-B/C中间合金及Y、Gd对AZ31镁合金晶粒尺寸和力学性能的影响[D]. 刘晓滕.大连理工大学 2017
[2]Al-Si合金半固态浆料制备技术及应用研究[D]. 梁小康.北京有色金属研究总院 2017
[3]Al2X（X=Ca,Y,Ce）金属化合物对镁合金晶粒细化、组织及力学性能的影响[D]. 姜中涛.重庆大学 2016
硕士论文
[1]半固态坯料加热过程中固—液界面的传热特性研究[D]. 程婷.南昌大学 2014
本文编号：3319445
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jinshugongy/3319445.html
教材专著
